一种自动化激光焊接工作站及工作方法与流程

本发明涉及自动化焊接技术领域，特别涉及一种自动化激光焊接工作站及工作方法。

背景技术：

随着制造业自动化、智能化生产的推进和客户的需求，对激光焊接技术的发展提出了更高的挑战。由于激光焊接作业的环境要求相对较高，常规的作业区难以满足激光焊接的要求，从而难以保证产品的焊接质量和生产过程的安全，同时会极大地降低生产效率和增大成本。

在激光焊接、切割等加工过程中，通常会产生大量的飞溅，且工作区域温度较高，尤其是在持续作业过程中，同时还伴随着大量的激光辐射和噪音，对人体均会产生不可预见的伤害。

传统的焊接工艺具有焊缝不均匀、假焊及咬边等宏观缺陷，焊接过程不稳定，焊缝中产生气孔与裂纹。并且，智能化水平不高，生产效率低。

鉴于此，本发明提供一种安全可靠性、自动化程度高、焊接速度和质量高的激光焊接工作站及工作方法，以克服上述现有技术存在的部分问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种安全可靠性、焊接速度和质量高的激光焊接工作站及工作方法，它解决了上述现有技术存在的部分问题。

为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：一种自动化激光焊接工作站，包括：

检料系统，用于检测工装平台上是否有工件、工件是否处于正确的焊接位置以及检测每次安装的工件尺寸是否相同；

焊缝跟踪系统，用于实时监控焊接过程中光斑与工件待焊处位置精度，机器人进行示教，相机进行拍照，记录标定位置的坐标值，所述相机内的校准软件读取待焊接位置与所述标定位置的坐标偏移数值以及进行待焊接位置偏移的校准；

监测系统，用于实时监控焊接质量和记录整个激光焊接过程中的焊接数据，其包括三个不同灵敏度的光电传感器，所述三个光电传感器采集三种不同区段波长的光来监控焊接质量，三种不同波长的光分别反映温度的高低、等离子云密度的大小及反射光的强弱，等离子云密度大小反应焊接过程中熔池的稳定性，温度允许波动范围主要是反映焊缝表面质量是否连续、均匀，反射光检测激光的入射角度及焊接过程中焊缝的表面及熔池的稳定性。

进一步，所述激光焊接工作站还包括用于隔绝激光辐射的安全防护机构、用于及时提醒紧急情况的安全警报系统、用于发出指令的plc控制系统以及用于减弱焊接飞溅物的烟尘排放系统，所述安全警报系统包括用于进行紧急情况报警警示提醒的安全控制系统以及用于进行紧急自动停止的紧急制动系统。

为实现上述目的，本发明采用的另一个技术方案是：一种激光焊接工作方法，步骤如下：

s1、提供工装平台，将待焊工件安装于所述工装平台位置，通过检料系统检测工装平台上是否有工件、工件是否处于正确的焊接位置以及检测每次安装的工件尺寸是否相同；

s2、焊缝跟踪系统对待焊接工件的位置进行视觉检测，并计算待焊接位置与预先标定位置的坐标偏移数值差，利用激光头内自带的校准软件读取数值差，从而控制激光头发出的激光处于正确的焊接位置，进行焊缝跟踪；

s3、机器人进行焊接，焊接过程中，监测系统的三个不同灵敏度光电传感器采集三种不同区段波长的光来检测熔池的稳定性以及焊缝表面质量是否连续、均匀。

进一步，步骤s1中，所述检料系统包括检测笔，所述检测笔与plc控制系统相连接，检测过程中，检测笔进行初始零位设置，并预先输入目标尺寸数值，检测笔通过伸长接触到待焊工件测得待焊工件的尺寸，若所测尺寸与目标尺寸相符，则检测笔传递信号给plc控制系统，plc控制系统传递给机器人进行焊接。

进一步，步骤s3中，三种不同波长的光分别反映为温度的高低、等离子云密度的大小及反射光的强弱，等离子云密度大小反应焊接过程中熔池的稳定性，温度允许波动范围主要是反映焊缝表面质量是否连续，均匀，反射光检测激光的入射角度及焊接过程中焊缝的表面及熔池的稳定性。

与现有技术相比，本发明一种激光焊接工作站及工作方法的有益效果：提高激光焊接的智能化水平，提高了产品焊接过程的精度，极大地降低了检测的失误，保证了产品的质量；实现了远程在线监控和检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明一种自动化激光焊接工作站的结构框图；

图2是本发明一种激光焊接工作方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述，但是应该强调的是，下面的实施方式只是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及应用。

请参看图1，本发明的一种自动化激光焊接工作站，包括机器人10、用于焊接作业的工装平台20、用于保证焊缝位置精准的焊缝跟踪系统30、用于隔绝激光辐射的安全防护机构40、用于确保焊接质量的检料系统50、用于实时记录焊接过程的监测系统60、用于及时提醒紧急情况的安全警报系统70、用于发出指令的plc控制系统80以及用于减弱焊接飞溅物的烟尘排放系统90。另外，激光焊接工作站还包括用于对待焊工件100进行焊接的激光头200以及激光头控制柜300，该激光焊接工作站还包括otc模块与振镜扫描镜组。

所述机器人10位于工作站的中心位置，用于自动上下料及高精度焊接，保证了在工作站全部区域的灵活快捷的运行与工作。

所述工装平台20上设置有传感器及工装快换板，通过切换工装块换板，安装对应零件的工装夹具，实现多种不同尺寸及形状的工件100的焊接。工装夹具通过电缸控制，实现对待焊工件100的夹紧。工作站设有多个平台系统，保证了工作站多区域同时作业，每个工装平台可实现360°全方位的转动；并且设置对称性工作工装，保证了工件在工作站进行激光焊接过程中，相对应的平台外侧进行工件安装固定，保证了产品与生产线的效率。

所述焊缝跟踪系统30保证了焊接过程中光斑与工件待焊接处(焊缝)位置精度。具体的，焊接前，通过机器人进行示教，相机进行拍照，记录标定位置的坐标值，在后续的焊接过程中，利用相机内的校准软件读取待焊接位置与所述标定位置的坐标偏移数值以及进行待焊接位置偏移的校准。利用高精度焊缝跟踪系统实时控制，保证了焊接时光斑的位置的精确性、焊接过程的智能化和焊后可获得高质量的焊缝。采用otc模块和振镜扫描镜组集成，极大地提高了焊接速度，具有高柔性、精确的焊缝跟踪特点；otc模块、振镜扫描镜组与机器人10耦合运动，速度快捷，实时探测工件的焊接路经，同时，otc模块自动探测焊缝接头，实时确定具体位置并进行焊接，保证焊接质量，保证了精度和稳定性。

其中，otc模块与振镜扫描镜组集成促进焊缝跟踪系统30和监测系统60自动化激光焊接过程中的监控，采用超级发光二极管或钛蓝光源产生的红外线做光源，利用弱相干光干涉的原理，通过测量结构组织的后向散射光或反射光的强度和时间延迟得出组织的二维断层图像或三维图像信息。

所述安全防护机构40采用特殊元素的防护涂层以及轻质高强度材料，表面不反光，减少了散热、反射及漫散射。有效地隔绝了激光辐射对外界区域人体的伤害，同时也提高了防护移门的寿命及降低维护次数。采用plc控制系统，控制滑移门打开的速度较传统的滑移门快很多，并且设有自动感应装置，在滑移门关闭的过程中，确保滑移门中间没有任何障碍物，通过光栅检测移门中间是否有障碍物，假如光栅监测有障碍物时，光栅将信号反馈给plc，通过plc控制sew电机，电机将停止，移动门将自动停止，保证整个移动门的智能化、安全可靠性。

所述检料系统50具有高精度自动检料、上下料以及高功率激光焊接质量在线监测等，具有极大地精度控制功能，保证了焊接质量，提高了产品的生产效率。在自动化激光焊接过程中，检料系统50用于检测工装上是否有工件、工件是否在正确的焊接位置上以及检测每次安装的工件尺寸是否相同，同时高精度自动化上下料系统保证整个焊接过程的稳定性，避免材料的浪费。

所述监测系统60包括三个不同高灵敏度光电传感器，三个光电传感器采集三种不同区段波长的光来监控焊接质量，三种不同波长的光分别反映温度的高低、等离子云密度的大小及反射光的强弱，等离子云密度大小反应焊接过程中熔池的稳定性，温度允许波动范围主要是反映焊缝表面质量是否连续、均匀，反射光检测激光的入射角度及焊接过程中焊缝的表面及熔池的稳定性。监测系统60用于实时显示和记录工作站中激光焊接过程，便于调查、提取和分析自动化激光焊接过程的信息，使焊接质量得到很好的提高。监测系统60实时观察焊接过程中的焊缝质量，代替焊后质量检测环节，极大地缩短了产品质量报告程序的流程。

所述安全警报系统70便于工作站出现紧急情况，进行及时提醒、数据存储和紧急制动等，具有极大地安全可靠性。高功率激光焊接质量在线监测系统可实时观察焊接过程中的焊缝质量，代替焊后质量检测环节，极大地缩短了产品质量报告程序的流程。所述烟尘排放系统90保证焊接过程中的环境质量。安全警报系统70包括安全控制系统以及紧急制动系统，安全控制系用于在出现问题的条件下进行报警警示提醒，同时程序系统进行数据记录。紧急制动系统用于在焊接过程中各个运行系统中出现影响焊接过程的时候进行紧急自动停止，并进行报警和数据记录。

此外，该激光焊接工作站还包括存储系统，通过plc控制系统80对存储系统进行控制，记录自动化激光焊接过程中的各个环节的反馈数据，并自动上传于工作服务站，方便调试工程师对整个过程的监控及后续技术人员进行数据分析。

本发明还揭露了一种激光焊接工作方法，步骤如下：

s1、提供工装平台，将待焊工件安装于所述工装平台位置，通过检料系统检测工装平台上是否有工件、工件是否处于正确的焊接位置以及检测每次安装的工件尺寸是否相同；

本步骤s1中，检料系统50包括检测笔，所述检测笔与plc控制系统相连接，检测过程中，检测笔进行初始零位设置，并预先输入目标尺寸数值，检测笔通过伸长接触到待焊工件测得待焊工件的尺寸，若所测尺寸与目标尺寸相符，则检测笔传递信号给plc控制系统，plc控制系统传递给机器人进行焊接。本专利焊接的工件为涡轮蜗杆，其厚度与直径兼可测量。位置正确的检测及零件尺寸的保证，从而间接的控制焊接质量。

s2、焊缝跟踪系统对待焊接工件的位置进行视觉检测，并计算待焊接位置与预先标定位置的坐标偏移数值差，利用激光头内自带的校准软件读取数值差，从而控制激光头发出的激光处于正确的焊接位置，进行焊缝跟踪；

s3、打开烟尘排放系统，自动快速检索各个系统的反馈数据，检查在整个工作站中的安全警报系统和在线实时监测系统在各个阶段均是否处于工作状态；

s4、机器人进行焊接，焊接过程中，监测系统的三个不同灵敏度光电传感器采集三种不同区段波长的光来检测熔池的稳定性以及焊缝表面质量是否连续、均匀。

具体的，焊接过程中，在线监测系统具有同轴在线焊接质量检测功能，由于反射光具有不同的波长，由三个不同高灵敏度光电传感器采集3种不同区段波长的光来检测质量，三种不同的波长的光分别反映为温度的高低、等离子云密度的大小及反射光的强弱。等离子云密度大小反应焊接过程中熔池的稳定性；温度允许波动范围主要是反映焊缝表面质量是否连续、均匀，反射光同样检测激光的入射角度及焊接过程中焊缝的表面及熔池的稳定性。

在焊接过程中，采用了摆动焊接工艺，有效的解决的焊缝中气孔，裂纹及表面不均匀塌陷等缺陷。工作站环境质量系统通过烟尘排放系统实时监控，保证工作站的优异环境，提高激光焊接质量和工作站的安全可靠性，同时为便于日常检查和数据分析提供依据，避免因工作站对人体带来不必要的伤害。激光焊接过程中如果有外界人员进行强行进入时，安全警报系统进行紧急呼叫。同时，当人员近距离靠近时进行语音提醒，保证防护安全。当焊接完成后，安全防护机构与激光焊接设备形成配套系统，通过plc控制系统及时准确识别工作站的温度和辐射强度等级，保证人员进入不会受到伤害。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求的范围内。